壓力汽蒸溫度對大米蒸煮特性與米飯食用品質的影響

周顯青,李瑞樂,張玉榮

河南工業大學 糧油食品學院,河南 鄭州 450001

稻谷是全球主要的糧食作物之一,我國稻谷產量和消費量更是穩居高位,60%以上的居民以大米為主食[1]。隨著人們生活水平的提高和生活節奏的加快,對米飯食用品質的要求越來越高,同時對其制作品質也有了更高的要求,因此需要提升米飯的加工技術。

蒸谷米作為一種營養強化米,又被稱為“半熟米”,是以稻谷或糙米為原料,經清理、浸泡、蒸煮、干燥、礱谷、碾米得到的一種大米產品[2]。相比于普通的精白米,蒸谷米具有營養價值高、出米率高、出飯率高、易消化、耐儲存、蒸煮時間短、米糠出油率高等優點[3]。米飯的食用品質主要包括外觀品質(亮度、白度和完整性)、適口性(硬度、黏著性和彈性等)和氣味(揮發性物質)等[4-5]。周小理等[6]通過對比分析不同蒸煮工藝(高壓蒸煮、電飯鍋蒸煮、微波蒸煮和電蒸鍋蒸煮)對米飯食味品質的影響發現,高壓蒸煮米飯具有更高的吸水率、膨脹率和碘藍值,米飯的硬度更低,黏彈性更大,感官評分較高和食用品質更好。高壓汽蒸能減少米飯水分損失,更易于淀粉糊化,顯著改善米飯的質構特性并形成更多的風味物質,提高其食用品質[7]。目前國內外有關于蒸煮方式對米飯食味品質的報道,但是關于壓力汽蒸條件下溫度對不同品種的米飯,尤其是對蒸谷米飯的食用品質的影響鮮有報道。

作者以普通大米和蒸谷米為原料,采用壓力汽蒸蒸煮米飯,研究壓力汽蒸溫度對大米蒸煮特性及米飯食用品質的影響,為提升米飯加工制作技術提供理論和技術支持,為壓力汽蒸在工業化生產米飯中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

粳米:哈爾濱農墾日日升米業有限公司;秈米:淮南市克坦米業有限公司;粳蒸谷米:安徽省蒸谷米食品科技有限公司;秈蒸谷米:梅州客來客往生態科技有限公司。

鹽酸、硫酸、乙醇、石油醚、氫氧化鉀、氫氧化鈉、30%硫酸鋅、15%亞鐵氰化鉀、硫酸銅、硫酸鉀、麝香草酚藍等試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

LDZH-60L立式高壓蒸汽滅菌鍋:上海申安醫療器械廠;WZZ-2B自動旋光儀:上海申光儀表有限公司;CNS-21008直鏈淀粉速測儀:長春長光思博光譜技術有限公司;KjeltecTM 8400凱氏定氮儀:福斯分析儀器公司;TA.TOUCH質構儀:上海保圣實業發展有限公司;MICGIA色差計:日本佐竹公司;D8 AdvanceX-射線衍射儀:德國布魯克公司;Quanta250FEG掃描電子顯微鏡:美國FEI公司;MicroMR-CL-I變溫型核磁共振食品農業成像分析儀:上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 大米主要成分的測定

水分按照GB/T 5009.3—2016中直接干燥法測定;灰分按照GB 5009.4—2016中總灰分方法測定;總淀粉含量按照1%鹽酸旋光法[8]測定;蛋白含量按GB 5009.5—2016中凱氏定氮法測定;粗脂肪含量按照GB 5009.6—2016中索氏抽提法測定;直鏈淀粉含量按照GB/T 15683—2008方法測定。

1.3.2 米飯制作

常壓蒸煮:按照GB/T 15682—2008中制作小量米飯的方法。

壓力汽蒸:按照GB/T 15682—2008對2種普通大米進行浸泡;粳蒸谷米浸泡溫度30 ℃、水米比1.4 (g/g)、浸泡時間15 min;秈蒸谷米浸泡溫度30 ℃、水米比1.7 (g/g)、浸泡時間25 min。浸泡完畢后放入高壓滅菌鍋內按照不同的汽蒸溫度進行蒸煮。高壓滅菌鍋程序設定:加熱→蒸制(不同的壓力汽蒸溫度:110、120、130 ℃)10 min→降壓排氣。樣品放入滅菌鍋中的初始溫度控制為(27±2)℃,當達到設定壓力汽蒸溫度時停止升溫,進入蒸制過程,蒸制結束后排氣,排氣結束后再燜制20 min,待溫度降到90 ℃時打開滅菌鍋,取出米飯。

1.3.3 大米的蒸煮品質測定

蒸煮品質參照周顯青等[9]使用的方法測定樣品的吸水率、體積膨脹率、米湯pH值、米湯固形物含量及米湯碘藍值。

1.3.4 米飯品質指標的測定

(1)感官評價:普通米飯感官評價參照GB/T 15682—2008;蒸谷米飯的感官評價參照GB/T 15682—2008和周顯青等[10]使用的標準并結合蒸谷米飯自身的特色稍加改動,評價標準見表1。

表1 蒸谷米飯感官評價標準

(2)外觀色澤:參照徐丹萍[5]使用的方法,將米飯樣品冷卻1 h后用手持色差儀測定米飯色澤,記錄L*(亮度)、a*(紅綠度)、b*(黃藍度)、W(白度)。

(3)質構特性(TPA):米飯取出后,為了排除環境溫、濕度對米飯質構特性的影響,參考毛根武等[11]使用的方法并稍加修改。試驗全程都通過空調溫度設定、加濕器濕度設定和溫濕度計實時監測,使實驗室的溫度維持在25 ℃左右,RH 45%左右,最后把米飯置于25 ℃、RH 45%的恒溫恒濕箱里進行冷卻。冷卻1 h后,進行TPA測定,參照畢仕林[12]使用的方法并稍加修改。測定前先用500 g 秤砣壓米飯表面15 s,目的是讓米飯表面平整,內部松緊程度均勻,15 s后將盛有米飯餅的鋁盒放到質構儀上進行測定。測定條件:球形TA/0.75 S探頭,測前速度2.0 mm/s,測試速度1.0 mm/s,測后速度1.0 mm/s,壓縮比例50%,感應力5.0 g。每個樣品平行測定5次,去掉最大值和最小值后求平均值。

(4)微觀形貌:參照徐丹萍[5]使用的方法并稍加修改,米飯做好后,4 ℃冷藏12 h后進行冷凍干燥,得到米飯樣品。挑選形貌完整的米飯,置于掃描電子顯微鏡(SEM)樣品臺上進行噴金處理,觀察米飯表面和縱截面的形態。

(5)結晶結構:把凍干的米飯樣品磨粉并過100目篩,X射線衍射掃描條件:2θ掃描范圍5°～45°、步長0.05°、掃描速度6°/min。

(6)水分結合狀態:參照Cheng等[13]使用的方法,稱取2.0 g米飯裝入樣品管中,放入核磁共振儀中進行測定。

1.4 數據處理

所有數據平行測定3次取平均值,采用SPSS 22進行顯著性分析;采用Origin 2018制圖。

2 結果與分析

2.1 大米的主要成分

由表2可知,4種大米的主要成分之間具有顯著性差異。淀粉含量均是最高的,都在74%以上,其次是水分和蛋白含量,灰分和脂肪含量較低。粳米的直鏈淀粉含量高于秈米,應該是大米品種造成的,進而也使得粳米飯的黏著性較低。

表2 大米的主要成分

2.2 壓力汽蒸溫度對大米蒸煮特性的影響

由圖1可知,隨著壓力汽蒸溫度的升高,4種大米的吸水率和膨脹率均先升后降,表明相較于常壓蒸煮(100 ℃),壓力汽蒸可以顯著提高大米的吸水能力和米飯的出飯率,這與前人的研究結果一致[14-15],但當溫度過高時又會降低米粒的吸水力和膨脹程度,這是因為當溫度和壓力過高時,米粒結構破損嚴重,加快米中營養成分的流失[16],導致吸水率和膨脹率降低;米湯pH值、米湯碘藍值和固形物含量均呈上升趨勢,這是由于高壓可以促進直鏈淀粉溶出,讓更多的物質溶解在米湯中[17],進而使得米湯碘藍值和固形物含量上升。研究表明米湯pH值越接近中性表明米飯食味品質越好,米湯碘藍值和固形物含量與米飯的食用品質呈正相關[18],推測相比于常壓蒸煮,壓力汽蒸條件下4種米飯的食用品質較好。

注:(a)—(e)分別為壓力汽蒸溫度對大米吸水率、膨脹率、米湯pH值、米湯碘藍值和固形物含量的影響。不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),圖2、圖3同。

2.3 壓力汽蒸溫度對米飯食用品質的影響

2.3.1 感官評價

由表3可以看出,相較于常壓蒸煮,壓力汽蒸蒸煮出的米飯感官評分較高。隨著壓力汽蒸溫度的上升,4種米飯的外觀結構得分均逐漸下降;蒸谷米飯的氣味、滋味、冷飯質地和適口性得分均逐漸增加;普通米飯的氣味、滋味、冷飯質地和適口性得分均先升后降。從總分上看,隨著壓力汽蒸溫度的上升,蒸谷米飯的感官評分呈上升趨勢,普通米飯的感官評分則先升后降,其中,粳蒸谷米飯和秈蒸谷米飯在130 ℃時評分最高,分別為90、88分,粳米飯和秈米飯則在120 ℃時評分最高,分別為89、90分。

表3 壓力汽蒸溫度對米飯感官評價的影響

2.3.2 米飯的外觀品質

由圖2可知,隨著壓力汽蒸溫度的升高,4種米飯的L*和W均呈下降趨勢,a*和b*均逐漸升高。結合感官評價中外觀結構的評分可以看出,汽蒸溫度升高使4種米飯變得越來越黯淡無光,亮度和白度降低,色澤逐漸加深變黃,外觀結構得分也隨之降低,均在130 ℃時達到最低分,其中粳蒸谷米飯的外觀結構最低分為14分,秈蒸谷米飯為13分,粳米飯和秈米飯均為11分。米飯的外觀變化與米飯外觀品質的變化一致,汽蒸溫度的升高使得米飯色澤明顯加深,尤其是普通米飯在130 ℃時米飯顏色最黃。這是因為壓力汽蒸會導致米飯發生美拉德反應,隨著汽蒸溫度和壓力的上升,促進了美拉德反應,進而導致米飯顏色加深,這與徐丹萍的研究結果一致[5]。

注:(a)—(d)分別為壓力汽蒸溫度對米飯L*、a*、b*和W的影響。

2.3.3 米飯的質構特性

由圖3可知,隨著壓力汽蒸溫度的升高,4種米飯的硬度逐漸降低,黏著性、彈性、凝聚性及回復性均呈現上升趨勢,咀嚼性則先上升后下降。米飯硬度的降低是因為高溫高壓可以促進水分擴散[17,19],提高米飯的糊化度,破壞米飯內部的結構,同時包裹在米飯表面支鏈淀粉浸出量的增加又提高了米飯黏著性[20-22];此外蒸煮溫度越低,淀粉水解越慢,越不徹底[23]。結合感官評價中的適口性得分結果,可以發現相較于常壓蒸煮,壓力汽蒸能顯著降低4種米飯的硬度,提高黏性和彈性,從而改變米飯的質構特性,提高適口性得分,改善食用品質,但溫度過高又會導致普通米飯的適口性得分降低。其中粳蒸谷米飯和秈蒸谷米飯在130 ℃時適口性得分最高,分別為29、28分,此時2種蒸谷米飯的硬度最低,黏著性和彈性最大;粳米飯和秈米飯在120 ℃時適口性得分最高,分別為26、27分,此時2種普通米飯的硬度較低,黏著性和彈性較大。雖然130 ℃時普通米飯的硬度更低,黏著性更大,但低硬度和高黏性導致米飯軟爛、粘牙、嚼勁不足、適口性得分降低。

注:(a)—(f)分別為壓力汽蒸溫度對米飯硬度、黏著性、彈性、凝聚性、咀嚼性和回復性的影響。

2.4 探究米飯質構特性的變化機制

在壓力汽蒸條件下,米飯質構特性中的硬度降低,黏著性上升。而感官評價又證明蒸谷米飯在130 ℃時評分最高,普通米飯則在壓力汽蒸溫度為120 ℃時評分最高。因此為了解釋為何相比于常壓蒸煮,最佳壓力汽蒸溫度下的米飯食用品質較好,需從米飯的結晶結構、微觀形貌和水分結合狀態等角度探究秈米飯及秈蒸谷米飯質構特性變化機制。

2.4.1 結晶結構

2種米飯的XRD圖譜見圖4。大米在蒸煮過程中,大米直鏈淀粉能與脂質生成單螺旋狀的淀粉-脂質復合物[24]。淀粉-脂質復合物一般有兩種不同的形態,低溫(<60 ℃)狀態下,為Ⅰ型復合物,其晶體衍射圖為無序狀態;高溫(>90 ℃)條件下為Ⅱ型復合物,具有明顯的V型X射線衍射圖譜[25]。一般V型的淀粉-脂質復合物是最為常見的,其特征衍射峰在 2θ為13°和20°附近,這種復合物需要更多的能量才能膨脹和糊化,且能抑制水分的擴散和淀粉粒的膨脹、溶解,阻礙淀粉的糊化[25]。

圖4 常壓和最佳壓力汽蒸溫度下米飯的XRD圖

由圖4可知,無論是秈蒸谷米飯還是秈米飯,常壓蒸煮條件下,米飯的V型衍射峰較高,表明常壓條件下,淀粉-脂質復合物含量較多。徐丹萍[5]的研究表明,隨著蒸煮壓力的增加,米飯的淀粉-脂類復合物逐漸減少,與本研究結果一致。因此,相較于常壓蒸煮,最佳壓力汽蒸溫度下的米飯淀粉-脂質復合物含量更少,從而米飯有更高的糊化度[12],其質構特性中硬度更低,黏著性更高,這與質構指標結果一致。

2.4.2 微觀形貌

通過SEM觀察常壓蒸煮和最佳壓力汽蒸溫度下米飯表面和內部(縱截面)的微觀結構,如圖5和圖6所示。

圖5 米飯表面的微觀形貌

圖6 米飯縱截面的微觀形貌

由圖5可以看出,無論是普通米飯還是蒸谷米飯,相較于常壓蒸煮,最佳壓力汽蒸溫度下,米飯外表面結構破損程度更嚴重,產生更多、更大的孔洞,且糊化后的球形淀粉顆粒體積大于常壓蒸煮米飯,表明米飯的淀粉糊化度增加[12]。

由圖6可以看出,無論是普通米飯還是蒸谷米飯,常壓蒸煮條件下,米飯擁有更加均勻致密的孔隙結構,而最佳壓力汽蒸溫度下,米飯內部的孔隙逐漸分散,結構破損嚴重,產生更多、更大的孔洞且分布不均勻。這可能是因為壓力汽蒸條件下,米飯外表面的絲狀物逐漸變大、破損,導致米飯產生更多更大的孔洞[26],加速水分的擴散,使得大米內部的淀粉更加容易浸出糊化,糊化淀粉的體積逐漸增加、結構逐漸被破壞消失,進而導致米飯硬度降低,黏著性增加[5],這與質構指標變化一致。

2.4.3 米飯的水分結合狀態

低場核磁共振測得橫向弛豫時間T2可以反映物體內部水分的結合狀態,T2代表相態水的分子運動性,T2越大,水分子的運動性越強,越易流出損失。常壓蒸煮和最佳壓力汽蒸溫度下米飯水分弛豫時間見表4。

表4 常壓蒸煮和最佳壓力汽蒸條件下米飯水分弛豫時間

由表4可以看出,相比于常壓蒸煮,無論是秈米飯還是秈蒸谷米飯,最佳壓力汽蒸溫度下的米飯弛豫時間T21、T22、T23都高于常壓蒸煮。且相較于常壓蒸煮,最佳壓力汽蒸溫度下的米飯,水分受到的阻力更小,更易流動,米飯的淀粉-谷蛋白凝膠網絡結構破損度更高[17],擁有更多更大的孔洞和網格,微觀結構更加疏松散落。這與SEM結果一致,導致米飯具有更低的硬度和更高的黏性,這與前人的研究一致[5]。

3 結論

隨著壓力汽蒸溫度的升高,4種大米的吸水率和膨脹率均先升后降;米湯pH值、米湯碘藍值和固形物含量均呈上升趨勢;4種米飯的L*和W呈現下降趨勢,a*和b*均逐漸升高;米飯的硬度逐漸降低,黏著性、彈性、凝聚性及回復性均呈現上升趨勢,咀嚼性則先升后降;蒸谷米飯的感官評分逐漸上升,普通米飯的感官評分則先升后降。其中,粳蒸谷米飯和秈蒸谷米飯在130 ℃時評分最高,分別為90、88分,粳米飯和秈米飯則在120 ℃時評分最高,分別為89、90分。

相比于常壓蒸煮,最佳壓力汽蒸溫度下,秈米飯和秈蒸谷米飯的V型衍射峰較低,淀粉-脂質復合物含量更少;米飯外部結構和內部破損程度更嚴重,產生更多、更大的孔洞且分布不均勻;米飯弛豫時間T21、T22、T23都高于常壓蒸煮,表明相較于常壓蒸煮,最佳壓力汽蒸溫度下的米飯,水分受到的阻力更小,大米內部的淀粉更加容易浸出糊化,米飯的微觀結構更加疏松散落,進而導致米飯具有更低的硬度和更高的黏性。

本試驗探究了壓力汽蒸溫度對米飯食用品質的影響及其質構特性變化機制,而米飯的風味物質也是重要的食用品質,后續可以進一步研究壓力汽蒸溫度對米飯風味物質的影響。